Karamö, le prof virtuelLeçon 7 sur 18
Les changements d'état physique de la matière
Je sais nommer les six changements d'état, dire s'il faut apporter ou retirer de la chaleur, et je sais que la masse se conserve pendant un changement d'état.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Nommer les six changements d'état physique
- Savoir quels changements d'état demandent de la chaleur et lesquels en libèrent
- Connaître le palier de température de l'eau pure (0 °C et 100 °C)
- Savoir qu'au cours d'un changement d'état la masse se conserve mais le volume change
Avant de commencer : Les leçons « Les états de la matière » et « Température et chaleur ».
1Je découvre
Il est midi à Boké et il fait très chaud. Mariama sort du congélateur un sachet de jus de gingembre glacé. En quelques minutes, la glace commence à fondre et le sachet devient mou.
Dans la cour, sa mère a étendu le linge mouillé ce matin ; à midi, il est déjà sec. Où est partie l'eau ? En même temps, sur la bouteille d'eau fraîche posée sur la table, de petites gouttes apparaissent à l'extérieur, alors que la bouteille est bien fermée.
Le soir, sur le feu, l'eau de la marmite se met à bouillir. Mariama plonge un thermomètre : il indique à peu près 100 °C. Elle laisse bouillir encore cinq minutes, le feu toujours allumé… et le thermomètre indique toujours à peu près 100 °C. Pourquoi l'eau ne devient-elle pas plus chaude alors qu'on la chauffe encore ?
Comment la matière passe-t-elle d'un état à un autre, et que se passe-t-il pendant ces changements ?
2Je comprends
1. Les six changements d'état
Une même substance peut passer d'un état physique à un autre : c'est un changement d'état. La substance reste la même (l'eau reste de l'eau, qu'elle soit glace, liquide ou vapeur) : c'est un phénomène physique, pas une transformation en une autre substance.
| Passage | Nom du changement d'état | Exemple en Guinée |
|---|---|---|
| solide → liquide | fusion | la glace du sachet fond ; le beurre de karité fond au soleil |
| liquide → solide | solidification | l'eau devient glace au congélateur |
| liquide → gaz | vaporisation | le linge sèche ; l'eau bout dans la marmite |
| gaz → liquide | liquéfaction (on dit aussi condensation liquide) | gouttes sur la bouteille fraîche ; buée sur les vitres |
| solide → gaz | sublimation | la naphtaline (boule antimite) disparaît peu à peu dans l'armoire |
| gaz → solide | condensation solide | le givre qui se forme dans un congélateur |
- fusion (solide → liquide)
- vaporisation (liquide → gaz)
- sublimation (solide → gaz)
- solidification (liquide → solide)
- liquéfaction (gaz → liquide)
- condensation solide (gaz → solide)
Retiens la logique : pour aller vers un état plus « libre » (solide → liquide → gaz), il faut apporter de la chaleur. Pour revenir vers un état plus « serré », la matière cède de la chaleur au milieu qui l'entoure.
2. Deux façons de se vaporiser : évaporation et ébullition
La vaporisation peut se faire de deux façons :
- l'évaporation : elle est lente, elle se fait à toute température, seulement à la surface du liquide. C'est ce qui sèche le linge, les flaques après la pluie, ou le poisson et le manioc mis à sécher au soleil. Elle est plus rapide quand il fait chaud, quand il y a du vent (l'harmattan sèche tout très vite) et quand le liquide est bien étalé ;
- l'ébullition : elle est rapide, elle se fait dans tout le liquide (de grosses bulles de vapeur montent du fond) et, pour l'eau pure sous la pression normale, à 100 °C.
3. Le palier de température
Reprenons la marmite de Mariama. Pendant toute l'ébullition, la température de l'eau pure reste constante, à 100 °C, même si on continue à chauffer : on observe un palier de température. La chaleur apportée ne sert pas à chauffer davantage l'eau, elle sert à la transformer en vapeur.
De même, la glace d'eau pure fond à 0 °C : tant qu'il reste de la glace dans l'eau, le mélange reste à 0 °C. Et l'eau pure se solidifie aussi à 0 °C.
- 1Je place de la glace pilée dans un récipient avec un thermomètre, et je chauffe doucement.
- 2La température monte jusqu'à 0 °C.
- 3La glace fond : la température reste à 0 °C tant qu'il reste de la glace (palier de fusion).
- 4Toute la glace a fondu : la température de l'eau liquide monte.
- 5L'eau bout à 100 °C : la température reste à 100 °C pendant toute l'ébullition (palier).
Un corps pur (comme l'eau pure) change d'état à une température fixe : c'est un moyen de le reconnaître. Un mélange (eau salée, eau sucrée) ne présente pas de palier aussi net.
Exemple
On chauffe 1 L d'eau pure. Le thermomètre indique : 20 °C au départ, 60 °C après 4 minutes, 100 °C après 8 minutes, puis encore 100 °C après 12 minutes.
Question : que se passe-t-il entre 8 et 12 minutes ?
Réponse pas à pas :
- Entre 0 et 8 minutes, la température monte : l'eau liquide se réchauffe.
- À 8 minutes, elle atteint 100 °C : l'ébullition commence.
- Entre 8 et 12 minutes, la température reste à 100 °C malgré le chauffage : c'est le palier d'ébullition.
- La chaleur apportée sert à vaporiser l'eau, pas à la chauffer.
4. Pendant un changement d'état, la masse se conserve
Pèse une bouteille bien fermée contenant de la glace, puis laisse fondre la glace et repèse : la masse n'a pas changé. Au cours d'un changement d'état, la masse se conserve : il n'y a ni perte ni gain de matière.
En revanche, le volume change. Pour l'eau, c'est une exception étonnante : l'eau qui gèle augmente de volume (d'environ un dixième). C'est pourquoi une bouteille d'eau pleine et fermée mise au congélateur peut éclater, et pourquoi la glace flotte sur l'eau. Pour la plupart des autres substances, le volume diminue quand elles se solidifient.
Exemple
Kadiatou met au congélateur un sachet contenant 500 g d'eau. Le lendemain, elle obtient un bloc de glace.
Questions : a) quelle est la masse de la glace ? b) son volume est-il plus grand ou plus petit que celui de l'eau ?
Réponse :
a) La masse se conserve lors de la solidification : la glace a une masse de 500 g.
b) L'eau augmente de volume en gelant : la glace occupe un peu plus de place que l'eau liquide. Le sachet est plus gonflé.
Exemple
Pourquoi des gouttes apparaissent-elles sur la bouteille d'eau fraîche ?
Réponse : l'air de la pièce contient de la vapeur d'eau invisible. Au contact de la bouteille froide, cette vapeur cède de la chaleur et se liquéfie : elle devient de petites gouttes d'eau liquide. L'eau ne vient pas de l'intérieur de la bouteille, qui est fermée.
Méthode
Pour nommer un changement d'état :
- J'écris l'état de départ et l'état d'arrivée (par exemple : liquide → gaz).
- Je cherche le nom correspondant dans le tableau (ici : vaporisation).
- Je précise s'il faut apporter de la chaleur (vers le gaz) ou si la matière en cède (vers le solide).
- Je rappelle que la masse se conserve.
3Je retiens
Je retiens
Fusion : solide → liquide. Solidification : liquide → solide.
Vaporisation : liquide → gaz (évaporation lente en surface, ou ébullition rapide dans tout le liquide).
Liquéfaction : gaz → liquide. Sublimation : solide → gaz. Condensation solide : gaz → solide.
Fusion, vaporisation, sublimation demandent un apport de chaleur ; les trois autres en libèrent.
L'eau pure fond (et se solidifie) à 0 °C et bout à 100 °C : la température reste constante pendant le changement d'état (palier).
Au cours d'un changement d'état, la masse se conserve ; le volume change (l'eau augmente de volume en gelant).
4Erreurs fréquentes
- Confondre fusion et dissolution : le sucre qui « disparaît » dans le thé se dissout, il ne fond pas : il se disperse dans l'eau en particules invisibles, sans être chauffé jusqu'à sa température de fusion.
- Croire que l'eau devient plus chaude que 100 °C si l'on chauffe plus fort une marmite ouverte : pendant l'ébullition de l'eau pure, la température reste à 100 °C.
- Penser que la masse diminue quand la glace fond : la masse se conserve, seul le volume change.
- Croire que le « nuage blanc » au-dessus de la marmite est de la vapeur : c'est de la vapeur déjà liquéfiée en fines gouttelettes.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Nomme le changement d'état dans chaque cas :
a) le beurre de karité fond au soleil ;
b) une flaque d'eau disparaît après la pluie ;
c) de la buée se forme sur le miroir de la salle de bain ;
d) l'eau d'un bac devient de la glace dans le congélateur ;
e) une boule de naphtaline diminue dans l'armoire.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Fusion.
b) Vaporisation (évaporation).
c) Liquéfaction (condensation liquide) de la vapeur d'eau de l'air.
d) Solidification.
e) Sublimation.
2Exercice 2
Classe les six changements d'état en deux groupes : ceux qui demandent un apport de chaleur et ceux où la matière cède de la chaleur.
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- Apport de chaleur : fusion, vaporisation, sublimation.
- La matière cède de la chaleur : solidification, liquéfaction, condensation solide.
3Exercice 3
Recopie et complète :
a) L'eau pure bout à … °C et fond à … °C.
b) Pendant l'ébullition de l'eau pure, la température reste …, on parle de …
c) L'… se fait à toute température, à la surface du liquide.
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a) L'eau pure bout à 100 °C et fond à 0 °C.
b) Pendant l'ébullition de l'eau pure, la température reste constante, on parle de palier de température.
c) L'évaporation se fait à toute température, à la surface du liquide.
4Exercice 4
Sékou met au congélateur une bouteille en verre complètement remplie d'eau et bien fermée. Le lendemain, la bouteille est cassée.
a) Quel changement d'état l'eau a-t-elle subi ?
b) Sa masse a-t-elle changé ?
c) Explique pourquoi la bouteille s'est cassée.
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a) L'eau liquide est devenue de la glace : c'est une solidification.
b) Non, la masse se conserve au cours d'un changement d'état.
c) En gelant, l'eau augmente de volume. La bouteille était pleine et fermée : la glace n'avait pas assez de place et a poussé sur le verre jusqu'à le casser.
5Exercice 5
Fatoumata relève la température d'une eau pure qu'elle chauffe :
| Temps (min) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Température (°C) | 25 | 50 | 75 | 100 | 100 | 100 |
a) À partir de quel moment l'eau bout-elle ?
b) Que remarques-tu pour la température entre 6 et 10 minutes ? Comment appelle-t-on ce phénomène ?
c) À quoi sert la chaleur apportée pendant cette période ?
d) De combien de degrés la température monte-t-elle toutes les 2 minutes au début ?
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a) L'eau bout à partir de 6 minutes (elle atteint 100 °C).
b) Entre 6 et 10 minutes, la température reste constante à 100 °C : c'est le palier de température de l'ébullition.
c) La chaleur apportée sert à transformer l'eau liquide en vapeur (vaporisation).
d) 50 - 25 = 25 et 75 - 50 = 25 : la température monte de 25 °C toutes les 2 minutes au début.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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